碳纖維及其復(fù)合材料

加速、滑行、拉桿、離地、飛入云霄——2017年5月5日，C919成功首飛。為減輕飛機結(jié)構(gòu)重量，C919中型客機采用大比例先進金屬材料和復(fù)合材料，其中復(fù)合材料占比20%。

圖1 C919中型客機

先進復(fù)合材料專指可用于主承力結(jié)構(gòu)或次承力結(jié)構(gòu)，其剛度和強度相當(dāng)于或超過鋁合金的復(fù)合材料。從技術(shù)成熟程度與應(yīng)用范圍來看，碳纖維復(fù)合材料，尤其是樹脂基碳纖維復(fù)合材料最為突出。其性能特點如下：

(1)高比強度和比模量，相當(dāng)于傳統(tǒng)材料的4～5倍；

(2)各向異性和可設(shè)計性良好；

(3)抗疲勞特性良好；

(4)由于層面吸能和夾層結(jié)構(gòu)，減振性良好；

(5)易于大面積整體成型。

碳纖維是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。耐高溫居所有化纖之首，同時具有抗摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性，外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。

20世紀(jì)50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要加之前驅(qū)纖維炭化工藝的出現(xiàn)使得碳纖維工業(yè)化成為現(xiàn)實。隨著尖端技術(shù)對新材料性能要求的日益苛刻，科技工作者在碳纖維生產(chǎn)技術(shù)上不斷攀升，80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)。

碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料，尤其是民用飛機碳纖維復(fù)合材料用量在近幾十年的增長速度十分迅速，從1980年,波音公司B757、B767復(fù)合材料用量占比4%，發(fā)展到1993年空客A340復(fù)合材料用量占比14%，再到目前,空客公司A350復(fù)合材料占比已達到52%?！?br>